乌江渡扩机工程地下洞室群围岩稳定性分析评价
|
摘要
地下洞室群围岩稳定性分析是水利水电工程勘测、设计、施工及安全运行的基础。本论文立足于围岩是一种具有自稳能力的结构体这一基本观点，综合应用工程地质理论、块体极限平衡理论、统计分析理论、位移变形监测及反馈分析等工程方法，分析强喀斯特条件下洞室围岩特性及关键块失稳情况；并结合三维模型试验研究结果、锚喷支护设计施工等，对本课题围岩稳定性问题进行较为全面的、深入细致的分析评价，为电站的建设和安全运行服务，同时也能丰富喀斯特地区地下洞室群围岩稳定性分析评价数据库系统，为同类型工程建设提供有益的参考。
三维数学模型综合考虑了地下洞室布置区岩体结构场、岩体应力场和地下水渗流场的作用，较为符合工程现场实际，其分析结果能为工程支护设计提供数据基础。地下洞室围岩变形监测及信息反馈成果对施工安全、险情预报、设计支护参数的调整、工法及工序选择和稳定性分析方面都很重要。合理的开挖断面设计、施工顺序、施工方法等能有效控制住二次应力重分布所带来的围岩松弛、破损等，有利于围岩稳定。喀斯特溶蚀和地下水的存在削弱了岩体的完整性，使洞室围岩的弹性抗力系数大大降低，围岩受力情况较为复杂，稳定性差别较大，需要进行针对性的施工处置。
Tability analysis of the surrounding rocks of the underground cavities is the foundation of investigation, design, construction, safety and performance on hydropower engineering. This article based on the surrounding rocks being a structure mass of stabilizer, it applied multipurpose the method of engineering geological theory, block ultimate equlibrium theory, statistic analysis theory, the monitoring of deformation of displacement and feedback analysis etc, it analysed the characteristics of the surrounding rocks of cavities and the situation of unstable block mass. It fully analysed and evaluated the question of the stability of the surrounding rocks, with the effect of three dimensional model test and the design and construction of the shotcrete support etc, ensuring that safety and performance of hydropower plant. It can also add the system of databank about stability analysis and evaluation of the surrounding rocks of the underground cavities at karst district, and privide certainexperience and lessons for the construction of similar project.Three dimensional mathematical model considers the consequence of rock mass structurefield, rock mass stressfield and underwater seepagefield, it's outcome can
provide data foundation for the method of engineering measure, the monitoring of deformation of displacement and the effect of information feedback are important for the safety of construction, danger forecasting, adjustment of the parameter of design and support, stability analysis and selection of construction of methods and procedures. Reasonable workmanship can control the consequence of substrain of the surrounding rocks, and profit stability of the surrounding rocks. Karst and underwater weaken the perfection of rock mass, and have the factor of elasticity resistance decline, these lead to complex in situation of mechanics of the surrounding rocks, there are big different stability, and must been handled.
三维数学模型综合考虑了地下洞室布置区岩体结构场、岩体应力场和地下水渗流场的作用，较为符合工程现场实际，其分析结果能为工程支护设计提供数据基础。地下洞室围岩变形监测及信息反馈成果对施工安全、险情预报、设计支护参数的调整、工法及工序选择和稳定性分析方面都很重要。合理的开挖断面设计、施工顺序、施工方法等能有效控制住二次应力重分布所带来的围岩松弛、破损等，有利于围岩稳定。喀斯特溶蚀和地下水的存在削弱了岩体的完整性，使洞室围岩的弹性抗力系数大大降低，围岩受力情况较为复杂，稳定性差别较大，需要进行针对性的施工处置。
Tability analysis of the surrounding rocks of the underground cavities is the foundation of investigation, design, construction, safety and performance on hydropower engineering. This article based on the surrounding rocks being a structure mass of stabilizer, it applied multipurpose the method of engineering geological theory, block ultimate equlibrium theory, statistic analysis theory, the monitoring of deformation of displacement and feedback analysis etc, it analysed the characteristics of the surrounding rocks of cavities and the situation of unstable block mass. It fully analysed and evaluated the question of the stability of the surrounding rocks, with the effect of three dimensional model test and the design and construction of the shotcrete support etc, ensuring that safety and performance of hydropower plant. It can also add the system of databank about stability analysis and evaluation of the surrounding rocks of the underground cavities at karst district, and privide certainexperience and lessons for the construction of similar project.Three dimensional mathematical model considers the consequence of rock mass structurefield, rock mass stressfield and underwater seepagefield, it's outcome can
provide data foundation for the method of engineering measure, the monitoring of deformation of displacement and the effect of information feedback are important for the safety of construction, danger forecasting, adjustment of the parameter of design and support, stability analysis and selection of construction of methods and procedures. Reasonable workmanship can control the consequence of substrain of the surrounding rocks, and profit stability of the surrounding rocks. Karst and underwater weaken the perfection of rock mass, and have the factor of elasticity resistance decline, these lead to complex in situation of mechanics of the surrounding rocks, there are big different stability, and must been handled.
引文
【1】 陈祖安等，地下建筑物围岩稳定性研究，中国水力发电工程—工程地质卷，北京：中国电力出版社，2000
【2】 C. S. DESAL, Numerical Method in Geotechnical Engineering, 1977
【3】 华东水利学院、成都科技大学，岩石力学，北京：中国水利水电出版社，1986：75-82
【4】 J. C. Jaeger, Fundamentals of Rock Mechanics, Third Chapman and hall, London, 1979: 18-23
【5】 于学馥等，地下工程围岩稳定分析，北京：煤炭工业出版社，1983：7-13
【6】 李华晔，地下洞室围岩稳定性分析，北京：中国水利水电出版社，1999：120-122
【7】 中南院，工程地质，乌江渡水电站扩机工程可行性研究报告，长沙：1999：
【8】 崔冠英、潘品蒸，水利工程地质，北京：中国水利水电出版社，1985：58—65
【9】 刘春原等，工程地质学，北京：中国建材工业出版社，2000：94-95
【10】 李隽蓬、谢强，土木工程地质，成都：西南交通大学出版社，2001：122—125，
【11】 李森、张体忠，乌江渡水利枢纽区喀斯特工程地质与地下洞室工程，贵州水力发电，2004，1：8-13
【12】 李森，贵州高原岩溶发育基本规律及水库坝址渗漏问题研究，中南水力发电，2000，1：15-18
【13】 李常升等，地下厂房的设计与施工，水利水电工程质量监控与通病防治，北京：水利电力出版社，1999：1210—1217
【14】 孙均，地下工程设计理论与实践，上海：上海科学技术出版社，1996：12—13
【15】 许百立、刘世煌，地下工程设计理论与实践，地下工程技术，1999，3：2-8
【16】 王纯瑾，洞室围岩稳定性的综合力学指标评价，贵州水力发电工程学会学术论文集，贵阳，2000
【17】 谷兆祺，地下洞室工程，北京：清华大学出版社，1994：98—105．
【18】 王思敬，地下工程岩体稳定分析．北京：科学出版社，1984：127—148．
【19】 肖明、刘志明，乌江渡地下厂房洞室开挖和支护的稳定优化评估分析，第二届海峡两岸隧道与地下工程学术研讨会文集，台北：2001：171-178
【20】 S. Kielbassa and H.Duddeck. Stress-Strain Fields at the tunneling Face-Three-dimensional Analysis for Two-dimensional Technical Approach. Rock Mechanics and Rock Engineering 24: 108-116
【21】 钟登华、刘东海，大型地下洞室群施工系统仿真理论方法与应用，北京：中国水利水电出版社，2003：80-85
【22】 林可冀等，水工预应力锚固技术论文集，北京：地震出版社，1997
【23】 中国岩土锚固工程协会，岩土锚固技术新进展，北京：人民交通出版社，2000
【24】 中华人民共和国国家标准，GBJ86-85锚杆喷射混凝土支护技术规范，1985
【25】 Recommendaions for prestressed Rock and Soll Anchors post-Tensioning Institute, 1998
【26】 戴林歧，影响岩体预应力锚固效果的主要因素，西北勘测设计研究院，1990
【27】 Draft for Development Recommendations for ground anchorages British Standards Institution, 1982
【28】 Model Specification for Prestressed Ground Geotechnieal Control Office Engineering Development Department 1984
【29】 潘家铮、何jing，水工地下结构，中国大坝50年，北京：中国电力出版社，2000：641—645，
【30】 袁光裕，水利工程施工，北京：水利电力出版社，1996
【31】 潭靖夷等，地下洞室开挖与衬护，中国水力发电工程-施工卷，北京：中国电力出版社，2000：182—184，
【32】 徐干成、郑颖人，圆形洞室围岩与支护共同作用的线弹性分析，隧洞工程，1982(4)：10-13
【33】 徐干成，粘弹性锚喷支护隧道围岩稳定性预测分析研究，岩土力学，2001(1)
【34】 Wilhelm Flugge. Viscoelasticity, Second Revised Edition, Spring-valay New York. Heidelberg. Berlin, 1975
【35】 D. D. J. Owen&e. Hinton, U. K. Swansea, Finite Elements in Plasticity, Pingeride Press Limited, 1980
【36】 郑颖人、徐干成、高效伟，锚喷支护洞室的弹塑性边界元、有限元耦合计算法，工程力学，1989(6)：130-133
【37】 Y.-W.Pan, J-J.Dong.Time-dependent Tunnel Convergence--Ⅰ. Formulation of the Model, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. &Geomech. Abstr. Vol. 28, No. 6, 469-475, 1991
【38】 Y.-W.Pan, J-J.Dong.Time-dependent Tunnel Convergence--Ⅱ Advance Rate and Tunnel-Support Interaction. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 28, No. 6, 477-488, 1991
【39】 I. C. Cormeau.Numerical Stability in Quasi-Static Elasto-Viscoplasticity, Int. J. Numer. Methods Eng. Vol. 9, 1974
【40】 张良辉、熊厚金，隧道围岩位移的粘弹性解析解，岩土工程学报，1997(7)：68-71
【41】 薛琳，直墙拱形隧道围岩粘弹性位移解析解，岩土工程学报，1996(11)：98-101
【42】 电力部东北勘测设计院，地下洞室的锚喷支护，北京：中国水利水电出版社，1998
【43】 L.Muller, F.Fecker．新奥法的基本思想和主要原则，地下工程，1980(6)：33-34
【44】 高渠清，隧道及地下工程论文集，北京：中国铁道出版社，1996
【45】 陈宗梁，不良地质地段施工，电力工业标准汇编-水电卷-施工，北京：水利电力出版社，1995：68—72．
【46】 石根华，岩体稳定分析的赤平投影方法，中国科学，1977(3)
【47】 石根华，岩体稳定分析的几何方法，中国科学，1981(2)
【48】 R. E. Goodman&Gen-hua Shi, Block Theory and Its Application to Rock Engineering, 1985
【49】 R. E. Goodman, Introduce to Rock Mechanics West Publishing Co., New York, 1989
【50】 Wittke, W., Rock Mechanics Theory and Applications with Case Histories, Springer Verlag, Berlin, 1990
【51】 汪瑞强等，乌江渡扩机工程现场爆破振动监测报告，电力部中南勘测设计研究院，2003
【52】 蔡美峰、何满潮、刘东燕，岩石力学与工程，2002：284-287
【53】 陈赛超、张体忠等，乌江渡扩机工程厂房围岩量测位移反分析研究，2003
【54】 中原康，喷射混凝土材料的现状及存在的问题，地下工程，1983(9)：65-68
【55】 张体忠、关败等，乌江渡扩机地下厂房喷射混凝土与围岩粘结强度研究，乌江渡扩机建管部、水电八局科研所，2002。
【56】 夏才初、李永盛，地下工程测试理论与监测技术，上海：同济大学出版社，1999：166—178，
【57】 陈赛超、张体忠等，乌江渡扩机工程施二正期监测报告，中南院、乌江渡扩机建管部，2003
【2】 C. S. DESAL, Numerical Method in Geotechnical Engineering, 1977
【3】 华东水利学院、成都科技大学，岩石力学，北京：中国水利水电出版社，1986：75-82
【4】 J. C. Jaeger, Fundamentals of Rock Mechanics, Third Chapman and hall, London, 1979: 18-23
【5】 于学馥等，地下工程围岩稳定分析，北京：煤炭工业出版社，1983：7-13
【6】 李华晔，地下洞室围岩稳定性分析，北京：中国水利水电出版社，1999：120-122
【7】 中南院，工程地质，乌江渡水电站扩机工程可行性研究报告，长沙：1999：
【8】 崔冠英、潘品蒸，水利工程地质，北京：中国水利水电出版社，1985：58—65
【9】 刘春原等，工程地质学，北京：中国建材工业出版社，2000：94-95
【10】 李隽蓬、谢强，土木工程地质，成都：西南交通大学出版社，2001：122—125，
【11】 李森、张体忠，乌江渡水利枢纽区喀斯特工程地质与地下洞室工程，贵州水力发电，2004，1：8-13
【12】 李森，贵州高原岩溶发育基本规律及水库坝址渗漏问题研究，中南水力发电，2000，1：15-18
【13】 李常升等，地下厂房的设计与施工，水利水电工程质量监控与通病防治，北京：水利电力出版社，1999：1210—1217
【14】 孙均，地下工程设计理论与实践，上海：上海科学技术出版社，1996：12—13
【15】 许百立、刘世煌，地下工程设计理论与实践，地下工程技术，1999，3：2-8
【16】 王纯瑾，洞室围岩稳定性的综合力学指标评价，贵州水力发电工程学会学术论文集，贵阳，2000
【17】 谷兆祺，地下洞室工程，北京：清华大学出版社，1994：98—105．
【18】 王思敬，地下工程岩体稳定分析．北京：科学出版社，1984：127—148．
【19】 肖明、刘志明，乌江渡地下厂房洞室开挖和支护的稳定优化评估分析，第二届海峡两岸隧道与地下工程学术研讨会文集，台北：2001：171-178
【20】 S. Kielbassa and H.Duddeck. Stress-Strain Fields at the tunneling Face-Three-dimensional Analysis for Two-dimensional Technical Approach. Rock Mechanics and Rock Engineering 24: 108-116
【21】 钟登华、刘东海，大型地下洞室群施工系统仿真理论方法与应用，北京：中国水利水电出版社，2003：80-85
【22】 林可冀等，水工预应力锚固技术论文集，北京：地震出版社，1997
【23】 中国岩土锚固工程协会，岩土锚固技术新进展，北京：人民交通出版社，2000
【24】 中华人民共和国国家标准，GBJ86-85锚杆喷射混凝土支护技术规范，1985
【25】 Recommendaions for prestressed Rock and Soll Anchors post-Tensioning Institute, 1998
【26】 戴林歧，影响岩体预应力锚固效果的主要因素，西北勘测设计研究院，1990
【27】 Draft for Development Recommendations for ground anchorages British Standards Institution, 1982
【28】 Model Specification for Prestressed Ground Geotechnieal Control Office Engineering Development Department 1984
【29】 潘家铮、何jing，水工地下结构，中国大坝50年，北京：中国电力出版社，2000：641—645，
【30】 袁光裕，水利工程施工，北京：水利电力出版社，1996
【31】 潭靖夷等，地下洞室开挖与衬护，中国水力发电工程-施工卷，北京：中国电力出版社，2000：182—184，
【32】 徐干成、郑颖人，圆形洞室围岩与支护共同作用的线弹性分析，隧洞工程，1982(4)：10-13
【33】 徐干成，粘弹性锚喷支护隧道围岩稳定性预测分析研究，岩土力学，2001(1)
【34】 Wilhelm Flugge. Viscoelasticity, Second Revised Edition, Spring-valay New York. Heidelberg. Berlin, 1975
【35】 D. D. J. Owen&e. Hinton, U. K. Swansea, Finite Elements in Plasticity, Pingeride Press Limited, 1980
【36】 郑颖人、徐干成、高效伟，锚喷支护洞室的弹塑性边界元、有限元耦合计算法，工程力学，1989(6)：130-133
【37】 Y.-W.Pan, J-J.Dong.Time-dependent Tunnel Convergence--Ⅰ. Formulation of the Model, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. &Geomech. Abstr. Vol. 28, No. 6, 469-475, 1991
【38】 Y.-W.Pan, J-J.Dong.Time-dependent Tunnel Convergence--Ⅱ Advance Rate and Tunnel-Support Interaction. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 28, No. 6, 477-488, 1991
【39】 I. C. Cormeau.Numerical Stability in Quasi-Static Elasto-Viscoplasticity, Int. J. Numer. Methods Eng. Vol. 9, 1974
【40】 张良辉、熊厚金，隧道围岩位移的粘弹性解析解，岩土工程学报，1997(7)：68-71
【41】 薛琳，直墙拱形隧道围岩粘弹性位移解析解，岩土工程学报，1996(11)：98-101
【42】 电力部东北勘测设计院，地下洞室的锚喷支护，北京：中国水利水电出版社，1998
【43】 L.Muller, F.Fecker．新奥法的基本思想和主要原则，地下工程，1980(6)：33-34
【44】 高渠清，隧道及地下工程论文集，北京：中国铁道出版社，1996
【45】 陈宗梁，不良地质地段施工，电力工业标准汇编-水电卷-施工，北京：水利电力出版社，1995：68—72．
【46】 石根华，岩体稳定分析的赤平投影方法，中国科学，1977(3)
【47】 石根华，岩体稳定分析的几何方法，中国科学，1981(2)
【48】 R. E. Goodman&Gen-hua Shi, Block Theory and Its Application to Rock Engineering, 1985
【49】 R. E. Goodman, Introduce to Rock Mechanics West Publishing Co., New York, 1989
【50】 Wittke, W., Rock Mechanics Theory and Applications with Case Histories, Springer Verlag, Berlin, 1990
【51】 汪瑞强等，乌江渡扩机工程现场爆破振动监测报告，电力部中南勘测设计研究院，2003
【52】 蔡美峰、何满潮、刘东燕，岩石力学与工程，2002：284-287
【53】 陈赛超、张体忠等，乌江渡扩机工程厂房围岩量测位移反分析研究，2003
【54】 中原康，喷射混凝土材料的现状及存在的问题，地下工程，1983(9)：65-68
【55】 张体忠、关败等，乌江渡扩机地下厂房喷射混凝土与围岩粘结强度研究，乌江渡扩机建管部、水电八局科研所，2002。
【56】 夏才初、李永盛，地下工程测试理论与监测技术，上海：同济大学出版社，1999：166—178，
【57】 陈赛超、张体忠等，乌江渡扩机工程施二正期监测报告，中南院、乌江渡扩机建管部，2003